Устройство для определения амплитуднофазовых характеристик

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сеез СаеетскикСециапнстическияРеснублнк оп 664157 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл.2 6 05 В 23/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 2805.79(71) ЗаяВИтЕЛЬ Днепропетровский ордена Трудового Красного Знаменигорный институт им. Артема(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 10 Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования и предназначено для экспериментального исследования динамических характеристик линейных систем автоматического управления (САУ) .Контроль работоспособности систем, выбор корректирующих устройств с целью достижения заданных показателей качества, а также настройку параметров регуляторов целесообразно проводить по частотным характеристикам. Из в ест но устройств о дл я определе ния амплитудно-фазовых характеристик, основанное на вычислении ряда Фурье 1), Оно Содержит генератор гармонических колебаний ортогональных функций (синусоидальных и косинусоидаль ных) колебаний, блоки умножения, интеграторы и регис. ор. При определении амплитудно-фазовых характеристик этим анализатором система выводится на режим вынужденных колебаний, выходной сигнал системы умножается на синусоидальные и косинусоидальные колебания, а затем полученное произведение интегрируется на,периоде. На выходе интеграторов получаются значения ве 1щественной и мнимой составляющих амплитудно-фазовой характеристики.Недостатками этого УСтройства являются длительность определения амплитудно-фазовых характеристик, таккак точкиамплитудно-фазовой характеристики определяются путем последовательной подачи на вход системы ряда частот, а также сложность аппаратурной реализации,Известно также устройство для измерения амплитудных и фазовых характеристик элементов и систем автоматического управления, содержащее генератор синусоидапьных колебаний,перестраиваемый фазовращатель, сумматор, канал подстройки амплитудыи канал подстройки фазы 2).Недостатками этого устройства являются длительность времени анализа,так как точки амплитудно-фазовой характеристики определяются путем последовательной подачи на вход исследуемой системы ряда частот, а такжеотносительно высокая сложность устройства, особенно его наладка. Последнее объясняется тем, что каналыподстройки фазы и амплитулы содержатнелинейное звено (синхронный детектор)и, кроме того, связаны через сумматор, что делает систему многосвязанной и нелинейной,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому изобретениюявляется устройство для определенияамплитудно-фаэовйх характеристик, содержащее последовательно соединенныегенератор частоты и формировательчастоты и блоки регистрирующих приборов (3.Кроме того оно содержит линейные вибраторы,входы которых соединены с выходом объектов,а выходы - с Облоком индикации,Оно содержит такжегенератор полигармонических колебаний, подключенный ко входу объекта,Однако и это устройство имеет недостатки;Повышенная чувствительность линейных вибраторов к действию помех, а следовательно, пониженная. точность.Сложность в аппаратурной реали зации, связанная со сложностью реализации линейных вибраторов и относительно большим количеством преобразователей аналог-код.Цель изобретения - повышение точ ности устройства.поставленная цель достигается-тем, что оно содержит генератор функций Радемахера, блок дискретно-аналоговых генераторов, сумматор, преобразова О тель напряжение-частота, эадатчик интервала интегрирования, ключ, блок выделения знака, два блока логических элементов, два блока делителей частоты и два блока корреляторов, 88 выходы, которых соединены с соответствующими входами блоков регистрирующих приборов, выход блока выделения знака соединен с первыми входами блоков логических элементов, другие входы которых связаны с соответствующими выходами генератора функций Раде- махера, вход которого соединен с выходом формирователя частоты, а соответствующие выходы подключены ко входам блока дискретно-аналоговых гене раторов, выходы которого связаны с соответствующими входами сумматора, вход блока выделения знака соединен со входом преобразователя напряже- . ние-частота, выход которого через 50 ключ связан со входами блоков делителей частоты, выходы которых соединены с первой группой входовсоответствующих блоков корреляторов, ко второй групйе входов которых подключены выходы соответствующих блоков логических элементов, один из, выходов генератора функций Радемахера через эадатчик интервала интегрирования связан с управляющим входом ключаНа чертеже представлена блок-схема устройства с исследуемой системой, Она содержит генератор частоты 1,фор" мирователь частоты 2 (с переменным коэффициентом деления), генератор функций Радемахера 3, дискретно-ана логовые генераторы (на функциях Уолша) 4, состоящие из синтезаторов функцйй Уолша 5 и задатчиков весовых коэффициентов Уолша б, сумматор 7, исследуемую систему 8, преобразователь напряжения-частота 9, блок выделения знака 10 ключ 11, задатчик интервала интегрирования 12, блок логических элементов 13, логические элементы 14, блок логических элементов 15, делители 16, блок делителей частоты 17, релейные корреляторы 18, блок делителей частоты 19, регистрирующие приборы 20, блоки корреляторов21 и 22, блоки регистрирующих приборов 23 и 24 и блок дискретно-аналого"вых генераторов 25.В качестве блока выявления знакавыходного сигнала может испольэовать.ся нуль-орган, в качестве задатчикаинтервала интегрирования 12 используется счетчик самой низкочастотнойфункции Радемахера, в качестве логического блока используется элемент,выполняющий функцию равнозначность, В качестве релейных корреляторов 18 используются реверсизныесчетчики,Такйм образом, все перечисленные элементы относятся к стандартным элементам измерительной техники. К ним не предъявляется особых требований, Относительно новыми блоками в данном устройстве является генератор ортогональных функций Радемахера 3 и дискретно-аналоговые генераторы 4, Как известно, функции Радемахера имеют вид правильной прямоугольной кривой-меандра, причем на нормированном интервале укладывается 2 полупериодов этого меандра (1 = 1,2). Функции Радемахера являются, нечетными на интервале .задания, поэтому их можно считать аналогами я 1 дп я 1 пь;1. При сдвиге функций Радемахера на четверть периода обраЗуется система функций, которые можно считать аналогами я 1 дп сояи по отношению к системе функций яддп я 1 по; .Иэ описания функций Радемахера следует устройство для реализации двух групп функций Радемахера, являющихся аналогами ящп яЫм; и я 1 дп совычастота от формирователя частоты 2 последовательно делится триггерами пополам (система функций я 1 дп я 1 пьз;1), каждая получаемая функция Радемахера сдвигается на четверть периода дискретным фаэовращателем (система функций я 1 дп совы,Ц . Дискретно-аналоговый генератор 4 состоит из синтезаторов функций Уолша 5, задатчиков весовых коэффициентов б.На входы синтезатора функций Уолша 5 подаются соответствующие функции Радемахера, причем частота низшей из них соответствует частота синусоидального сигнала на выходе задатчи- ка весового коэффициента б. Число Ифункции уолша и, соответственно; число функциЯ Радемахера определяется заданной погрешностью приближения частной суммы ряда Фурье к аппроксимированной (в нашем случае синусоидальной) функции.Функции Уолша суммируются в задатчике коэффициентов 6, который представляет собой операционный усилитель на И входов. Коэффициент усиления по каждому входу равен коэффициенту а( разложения синусоидальной функции по ортонормированной системе функций Уолша и определяется какьуы ч и1, (т.) - система ортонормированных функций Уолша. Таким образом, на выходах эадатчиков весовых коэффициентов 6 имеет и синусоидальных функцийс частотами2 ю, (где К = 1,2, ,Ь),На чертеже представлен случай, когда- 4.Сумматор 7 предстанляет собой например, операционный усилитель, где суммируются все и колебаний и на выходе сумматора 7 получаются полигармонические колебания, Работа устройства состоит в следующем. С генератора (стабильной) частоты 1 импульсы поступают на делитель 2 с переменным коэффяциентом деления. Затем импульсы поступают на генератор функцийРадемахера 3.Генератор 3 имеет две группы выходов: выход 1-;р, являющихся аналогами яагуп я 1 по; и (р+1) -; с 1, являющихся аналогами я 1 с 1 п созе, . Сигналы с выходов 1 -. р подаются на дискретноаналоговые генераторы 4. На выходах дискретно-аналоговых генераторов 4 появляются гармонические сигналы с частотами 2 ы, (где 1 = 1,2 Ь) . Эти сигналы суммируются н сумматоре 7 и на его выходе получаем полигармонические колебания. Эти колебанияподаются на вход исследуемой системы8, На выходе исследуемой системы 8 после затухания свободных колебаний остаются вынужденные колебания, ам.плитуда и фаза которых определяется "параметрами системы. Преобразователем напряжение-частота 9 выход" ное напряжение исследуемой системы ;преобразуется в частоту, через ключ 11, управляемый задатчиком интервала интЕгрирования 12, через делители 14 в блоках делителей 17 и 19 импульсы поступают на два блока корреляторов.21, 22, каждый иэ которых управляется соответствующим логическим элементом 14. На первые входы логических блоков 13, 15 поступают сигналы я 1 уп у (О, у- сигнал с выхода исследуемой системы, а на вторые входы - поступают соотнетстквующие аналоги я 1 дп соя 2 ш,с = 1,2,Ь) . На первые входы логических элементов 14 поступает сигнал я 1 дп у(1), а на,вторые входы - поступают соответствующие сигналы я 1 дп я 1 п 2 и, 1 (К = 1,2,Ь), Как изнестно, взаимная релейная корреляционная функция входного и выходного сигналов записывается в виде"Я) = т) у ЮклК(Ь Г)М, (1)1)где х(1) - входной сигнал системы, определяемый выражениемкИ) "Е Лкйп 2" ьл; (2)у(т.) - выходной сигнал системы,определяемый выражением ку.) ").". Вккю(2 (д С Ф (р) (3) 20А - амплитуда к-той гармоникиЮвходного сигнала;В - амплитуда к-той гармоникивыходного сигнала;р - фазовый сдвиг на к-тойк,гармоники;Ы; - частота низшей гармоникин группе;и - число гармоник в группе,30на которых определяетсяамплитудно-фазоная характеристика.Предположим, что у(1) состоит иэ первой гармоники плюс четные гармоники.36 Этого можно добиться, сформированопределенным образом входной сигнал.Используем в качестве я 19 пх(+1сигнал э 19 п я 1 п 2 ьз; С при 1 ф О итсигнал4 пФупып 2 и;(т.реп - п)педпспп 2 пп;+при 7 "-я 1 п 2 ю, (: - один изй гп 22 фю эс45сигналов, составляющий полигармонический сигнал, Разложениея 1 цп я 1 п 2" ь 1; С и я 1 лзп соя 2 ь 1;н ряд Фурье представляет иэ себя сумл.му гармоники с частотой 2 ы;ибесконечного числа нечетных гармоникс частотами (2 е) 2 ы;, где е1,2, Подставим поочередно разе 4ложения я 1 дп я 1 п 2 м, т. и я 1 упсоя 2 о, 1 в формулу (1), пред-ставить у(Ц как сумму Ь гармоник.Тогда под интегралом н выражении (1)будет стоять произведение двух тригонометрических рядон,у которых нсилу ортогональности все слагаемыевида:60тк- Щ1 Ып(2 ;1 Р,)Мо(2 е)2 ы,1 б 1;65- пнты 2 , и (2 е - 1) 2 ,; равны (т.е. при е а 1) .Выражение (1) н этом случае примет нид. в 1 п 2 э, 1 и интегрирования при.определении г) (о) осущест- .вляется блоком корреляторов 22, которые управляются сигналами с выходов блока логических элементов 15, Операция умножения у на в 1 дпв 1 п 2 и,( в ,-.+ 1и интегрирования при определенииосуществл яетс я блоком коррел ят оров 21, которые управляются сигналами с выходов блока логических элементов 13. Учет множителей в выражениях (6), (7) можно осуществить делителями 14. Значение действительной В е ИЯы)и мнимой Э И(о)частей амплитуднофазовой характеристики исследуемой системы определяется по покаэаниям, двух блоков регистрирующих приборов 23 и 24.Описанное устройство позволяет повысить точность определения амплитудно-фазовых характеристик.свидетельство СССР05 В 23/02, 23.11.72.свидетельство СССР05 В 23/02,01,04,70 Устройство для определения амплитудно-фазовых характеристик, содержащее последовательно соединенныегенератор частоты, формировательчастоты и блоки регистрирующих приборон, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности устройства, оно содержит генератор функ.ций Радемахера, блок дискретно-аналоговых генераторов, сумматор, преобразователь напряжение-частота,эадатчик интервала интегрирования,ключ, блок выделения знака, два блока логических элементов, два блокаделителей частоты и два блока корре- (5 ляторов, выходы которых соединены ссоответствующими входами блоков регистрирующих приборов, выход блокавыделения знака соединен с первымивходами блоков логических элементов, 20 другие входы которых связаны с соответствующими выходами генераторафункций Радемахера, вход которогосоединен с выходом формирователя час.тоты, а соответствующие выходы подключены ко входам блока дискретноаналоговых генераторов, выходы которого связаны с соответствующими входами сумматора, вход блока выделениязнака соединен со входом преобразователя напряжение-частота, выходкоторого через ключ снязан со входами блоков делителей частоты, выходыкоторых соединены с первой группойвходов соответствующих блоков корреляторов, ко второй группе входов кото рых подключены выходы соответствующих блоков логических элементов, одиниз выходов генератора функций Радемахера через задатчик интервала интегрирования связан с управляющим 40 входом ключа.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1.Вавилов АА., Солодовников А, И,Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем, М-Л Госэнергоиэдат, 1963, 45/в в у в гг г Редактор БГерцен Эаказ 3000/46 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Яг -Составитель В. ВасильевТехред Н, Бабурка Корректор й, Гриценко Тираж 1014 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5